Ile tak naprawdę waży Ziemia? Odpowiedź podzieliła naukowców

Obliczenie masy Ziemi jest trudnym zadaniem. Planeta zawiera wszystko, od skał i minerałów po miliony gatunków żywych istot i jest pokryta niezliczonymi strukturami naturalnymi i stworzonymi przez człowieka. Dlatego naukowcy twierdzą, że nie ma jasnej i precyzyjnej odpowiedzi na pytanie, ile waży Ziemia.

W astronomii masa Ziemi jest używana jako niesystematyczna jednostka masy. Jest ona w przybliżeniu równa 5,97219 × 10 do 24. potęgi kg. Publikacja Live Science mówiła o próbach określenia masy Ziemi i sporach między naukowcami.

Jaka jest masa Ziemi?

Według NASA masa Ziemi wynosi 5,97219 × 10 do 24. potęgi kg. Jest to około 13 kwadrylionów razy więcej niż masa egipskiej piramidy Chefrena, która sama waży około 4,8 miliarda kilogramów. Masa Ziemi ulega niewielkim wahaniom ze względu na dodawanie pyłu kosmicznego i gazów wydostających się z atmosfery, ale te niewielkie zmiany nie będą miały wpływu na Ziemię przez miliardy lat.

Siła grawitacji

Fizycy nadal nie są zgodni co do wartości dziesiętnych, więc nie było łatwo uzyskać wstępną wartość masy całkowitej. Ponieważ niemożliwe jest skalowanie Ziemi, naukowcy musieli triangulować jej masę przy użyciu innych mierzalnych obiektów.

Stefan Schlamminger, metrolog z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii, powiedział, że naukowcy kierowali się przede wszystkim prawem grawitacji Izaaka Newtona. Wszystko, co ma masę, ma również siłę przyciągania, co oznacza, że dowolne dwa obiekty zawsze będą miały między sobą pewną siłę.

Prawo grawitacji Newtona stanowi, że siłę przyciągania między dwoma obiektami (F) można określić, mnożąc odpowiednie masy obiektów (m₁ i m₂), dzieląc je przez kwadrat odległości między środkami obiektów (r²), a następnie mnożąc tę liczbę przez stałą grawitacji (G), znaną również jako wewnętrzna siła grawitacji lub F=G((m₁*m₂)/r²).

Korzystając z tego równania, naukowcy mogli teoretycznie zmierzyć masę Ziemi, mierząc siłę grawitacji planety na obiekcie znajdującym się na powierzchni Ziemi. Pojawił się jednak problem: nikt nie mógł znaleźć liczby dla G.

Eksperymenty Cavendisha

W 1797 roku fizyk Henry Cavendish rozpoczął eksperymenty znane jako eksperymenty Cavendisha. Używając obiektu zwanego równowagą skrętną, składającego się z dwóch obracających się prętów z przymocowanymi do nich ołowianymi kulami, Cavendish znalazł siłę grawitacji między dwoma zestawami, mierząc kąt na prętach, który zmieniał się, gdy mniejsze kule były przyciągane do większych.

"Jego praca była bardzo oryginalna i miała duży wpływ w tamtym czasie" - powiedział John West, fizjolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.

Znając masę i odległość między kulami, Cavendish obliczył, że G = 6,74 × 10-11 m3 kg-1 s-2. Obecnie Komitet Danych Międzynarodowej Rady Badań podaje G jako 6,67430 x 10-11 m3 kg-1 s-2, co stanowi tylko kilka miejsc po przecinku od pierwotnej liczby Cavendisha. Od tego czasu naukowcy używali G do obliczania masy Ziemi przy użyciu innych obiektów o znanej masie i doszli do liczby 5,97219 × 10 do 24 potęg kg, którą znamy dzisiaj.

Pomimo faktu, że od eksperymentu Cavendisha minęły ponad dwa stulecia, jego metoda równowagi skrętnej jest nadal stosowana. Schlamminger podkreślił jednak, że podczas gdy równania Newtona i wagi skrętne są ważnymi narzędziami, pomiary, których dostarczają, pozostają obarczone ludzkim błędem. Na przestrzeni wieków od eksperymentów Cavendisha, różni naukowcy mierzyli G dziesiątki razy, a każdy z nich uzyskał nieco inny wynik. Liczby różnią się zaledwie o jedną tysięczną miejsca po przecinku, ale to wystarczy, aby zmienić obliczenia masy Ziemi i wywołać kontrowersje wśród naukowców.

Subskrybuj kanały OBOZ.UA w Telegramie i Viberze, aby być na bieżąco z najnowszymi wydarzeniami.